反射的概述

关于反射的主要内容

  • Java反射机制概述
  • 理解Class类并获取Class实例
  • 类的家在与ClassLoader的理解
  • 创建运行时类的对象
  • 获取运行时类的完整结构
  • 调用运行时类的指定结构
  • 反射的应用：动态代理

关于反射的理解

Reflection(反射)是被视为动态语言的关键，反射机制允许程序在执行期间借助于Reflection API取得任何类的内部信息，并能直接操作任意对象的内部属性及方法。

框架 = 反射 + 注解 + 设计模式。

体会反射机制的“动态性”

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//体会反射的动态性
@Test
public void test2(){

  for(int i = 0;i < 100;i++){
    int num = new Random().nextInt(3);//0,1,2
    String classPath = "";
    switch(num){
      case 0:
        classPath = "java.util.Date";
        break;
      case 1:
        classPath = "java.lang.Object";
        break;
      case 2:
        classPath = "com.atguigu.java.Person";
        break;
    }

    try {
      Object obj = getInstance(classPath);
      System.out.println(obj);
    } catch (Exception e) {
      e.printStackTrace();
    }
  }



}

/*
    创建一个指定类的对象。
    classPath:指定类的全类名
     */
public Object getInstance(String classPath) throws Exception {
  Class clazz =  Class.forName(classPath);
  return clazz.newInstance();
}

反射机制能提供的功能

  • 在运行时判断任意一个对象所属的类
  • 在运行时构造任意一个类的对象
  • 在运行时判断任意一个类所具有的成变变量和方法
  • 在运行时获取泛型信息
  • 在运行时调用任意一个对象的成员变量和方法
  • 在运行时处理注解
  • 生成动态代理

相关的API

  • java.lang.Class：反射的源头
  • java.lang.reflect.Method
  • java.lang.reflect.Field
  • java.lang.reflect.Constructor
  • ……

Class类的理解与获取Class的实例

Class类的理解

  1. 类的加载过程：

    程序经过javac.exe命令后，会生成一个或多个字节码文件(.class文件)。接着我们使用java.exe命令对某个字节码文件进行解释运行。相当于将某个字节码文件加载到内存中。此过程就称为类的加载。加载到内存中的类就称为运行时类，此运行时类就作为Class的一个实例。

  2. Class的实例就对应着一个运行时类。

  3. 加载到内存中的运行时类，会缓存一定的时间。在此时间内，我们可以通过不同的方式来获取此运行时类。

获取Class实例的几种方式

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@Test
public void test3() throws ClassNotFoundException {
  //方式一：调用运行时类的属性：.class
  Class clazz1 = Person.class;
  System.out.println(clazz1);
  //方式二：通过运行时类的对象,调用getClass()
  Person p1 = new Person();
  Class clazz2 = p1.getClass();
  System.out.println(clazz2);

  //方式三：调用Class的静态方法：forName(String classPath)
  Class clazz3 = Class.forName("com.atguigu.java.Person");
  //        clazz3 = Class.forName("java.lang.String");
  System.out.println(clazz3);

  System.out.println(clazz1 == clazz2);
  System.out.println(clazz1 == clazz3);

  //方式四：使用类的加载器：ClassLoader  (了解)
  ClassLoader classLoader = ReflectionTest.class.getClassLoader();
  Class clazz4 = classLoader.loadClass("com.atguigu.java.Person");
  System.out.println(clazz4);

  System.out.println(clazz1 == clazz4);

}

Class实例可以是哪些结构的说明

  • class: 外部类，成员(成员内部类，静态内部类)，局部内部类，匿名内部类

  • interface:接口

  • []:数组

  • enum:枚举

  • annotation:注解@interface

  • primitive type:基本数据类型

  • void

理解ClassLoader

类的加载过程

image-20210304031300724

类的加载器的作用

  • 类加载的作用：将class文件字节码内容加载到内存中，并将这些静态数据转换成方法区的运行时数据结构，然后在堆中生成一个代表这个类的java.lang.Class对象，作为方法区中类数据的访问入口。

  • 类缓存：标准的JavaSE类加载器可以按要求查找类，但一旦某个类被加载到类加载器 中，它将维持加载(缓存)一段时间。不过JVM垃圾回收机制可以回收这些Class对象。

类的加载器的分类

image-20210304031521072

引导类加载器负责Java平台的核心库，并且无法被直接获取。

Java类编辑、运行的执行过程

image-20210304031346635

⭐️使用ClassLoader加载src目录下的配置文件

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/*
    Properties：用来读取配置文件。

     */
@Test
public void test2() throws Exception {

  Properties pros =  new Properties();
  //此时的文件默认在当前的module下。
  //读取配置文件的方式一：
  //        FileInputStream fis = new FileInputStream("jdbc.properties");
  //        FileInputStream fis = new FileInputStream("src\\jdbc1.properties");
  //        pros.load(fis);

  //读取配置文件的方式二：使用ClassLoader
  //配置文件默认识别为：当前module的src下
  ClassLoader classLoader = ClassLoaderTest.class.getClassLoader();
  InputStream is = classLoader.getResourceAsStream("jdbc1.properties");
  pros.load(is);


  String user = pros.getProperty("user");
  String password = pros.getProperty("password");
  System.out.println("user = " + user + ",password = " + password);
}

反射应用一：创建运行时类的对象

代码举例

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CLass<Person> clazz = Person.class;

Person obj = clazz.newInstance();
System.out.println(obj);

说明

newInstance()调用此方法，创建对应的运行时类的对象。内部调用了运行时类的空参构造器。

要想此方法正常的创建运行时类的对象，要求：

  • 运行时类必须提供空参构造器
  • 空参构造器的访问权限通常设置为public。

因此，在javabeanVS要求提供一个public的空参构造器的原因是：

  1. 便于通过反射，创建运行时类的对象。
  2. 便于子类继承此运行时类，默认调用super()的时候，保证父类有此构造器。

反射应用二：获取运行时类的完整结构

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@Test
public void test1(){

  Class clazz = Person.class;

  //获取属性结构
  //getFields():获取当前运行时类及其父类中声明为public访问权限的属性
  Field[] fields = clazz.getFields();
  for(Field f : fields){
    System.out.println(f);
  }
  System.out.println();

  //getDeclaredFields():获取当前运行时类中声明的所有属性。（不包含父类中声明的属性）
  Field[] declaredFields = clazz.getDeclaredFields();
  for(Field f : declaredFields){
    System.out.println(f);
  }
}

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//权限修饰符  数据类型 变量名
@Test
public void test2(){
  Class clazz = Person.class;
  Field[] declaredFields = clazz.getDeclaredFields();
  for(Field f : declaredFields){
    //1.权限修饰符
    int modifier = f.getModifiers();
    System.out.print(Modifier.toString(modifier) + "\t");

    //2.数据类型
    Class type = f.getType();
    System.out.print(type.getName() + "\t");

    //3.变量名
    String fName = f.getName();
    System.out.print(fName);

    System.out.println();
  }


}

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@Test
public void test1(){

  Class clazz = Person.class;

  //getMethods():获取当前运行时类及其所有父类中声明为public权限的方法
  Method[] methods = clazz.getMethods();
  for(Method m : methods){
    System.out.println(m);
  }
  System.out.println();
  //getDeclaredMethods():获取当前运行时类中声明的所有方法。（不包含父类中声明的方法）
  Method[] declaredMethods = clazz.getDeclaredMethods();
  for(Method m : declaredMethods){
    System.out.println(m);
  }
}

/*
    @Xxxx
    权限修饰符  返回值类型  方法名(参数类型1 形参名1,...) throws XxxException{}
     */
@Test
public void test2(){
  Class clazz = Person.class;
  Method[] declaredMethods = clazz.getDeclaredMethods();
  for(Method m : declaredMethods){
    //1.获取方法声明的注解
    Annotation[] annos = m.getAnnotations();
    for(Annotation a : annos){
      System.out.println(a);
    }

    //2.权限修饰符
    System.out.print(Modifier.toString(m.getModifiers()) + "\t");

    //3.返回值类型
    System.out.print(m.getReturnType().getName() + "\t");

    //4.方法名
    System.out.print(m.getName());
    System.out.print("(");
    //5.形参列表
    Class[] parameterTypes = m.getParameterTypes();
    if(!(parameterTypes == null && parameterTypes.length == 0)){
      for(int i = 0;i < parameterTypes.length;i++){

        if(i == parameterTypes.length - 1){
          System.out.print(parameterTypes[i].getName() + " args_" + i);
          break;
        }

        System.out.print(parameterTypes[i].getName() + " args_" + i + ",");
      }
    }

    System.out.print(")");

    //6.抛出的异常
    Class[] exceptionTypes = m.getExceptionTypes();
    if(exceptionTypes.length > 0){
      System.out.print("throws ");
      for(int i = 0;i < exceptionTypes.length;i++){
        if(i == exceptionTypes.length - 1){
          System.out.print(exceptionTypes[i].getName());
          break;
        }

        System.out.print(exceptionTypes[i].getName() + ",");
      }
    }


    System.out.println();
  }



}

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/*
    获取构造器结构

     */
@Test
public void test1(){

  Class clazz = Person.class;
  //getConstructors():获取当前运行时类中声明为public的构造器
  Constructor[] constructors = clazz.getConstructors();
  for(Constructor c : constructors){
    System.out.println(c);
  }

  System.out.println();
  //getDeclaredConstructors():获取当前运行时类中声明的所有的构造器
  Constructor[] declaredConstructors = clazz.getDeclaredConstructors();
  for(Constructor c : declaredConstructors){
    System.out.println(c);
  }

}

/*
    获取运行时类的父类

     */
@Test
public void test2(){
  Class clazz = Person.class;

  Class superclass = clazz.getSuperclass();
  System.out.println(superclass);
}

/*
    获取运行时类的带泛型的父类

     */
@Test
public void test3(){
  Class clazz = Person.class;

  Type genericSuperclass = clazz.getGenericSuperclass();
  System.out.println(genericSuperclass);
}

/*
    获取运行时类的带泛型的父类的泛型


    代码：逻辑性代码  vs 功能性代码
     */
@Test
public void test4(){
  Class clazz = Person.class;

  Type genericSuperclass = clazz.getGenericSuperclass();
  ParameterizedType paramType = (ParameterizedType) genericSuperclass;
  //获取泛型类型
  Type[] actualTypeArguments = paramType.getActualTypeArguments();
  //        System.out.println(actualTypeArguments[0].getTypeName());
  System.out.println(((Class)actualTypeArguments[0]).getName());
}

/*
    获取运行时类实现的接口
     */
@Test
public void test5(){
  Class clazz = Person.class;

  Class[] interfaces = clazz.getInterfaces();
  for(Class c : interfaces){
    System.out.println(c);
  }

  System.out.println();
  //获取运行时类的父类实现的接口
  Class[] interfaces1 = clazz.getSuperclass().getInterfaces();
  for(Class c : interfaces1){
    System.out.println(c);
  }

}
/*
        获取运行时类所在的包

     */
@Test
public void test6(){
  Class clazz = Person.class;

  Package pack = clazz.getPackage();
  System.out.println(pack);
}

/*
        获取运行时类声明的注解

     */
@Test
public void test7(){
  Class clazz = Person.class;

  Annotation[] annotations = clazz.getAnnotations();
  for(Annotation annos : annotations){
    System.out.println(annos);
  }
}

反射应用三：调用运行时类的指定结构

调用指定的属性

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@Test
public void testField() throws Exception {
  Class clazz = Person.class;

  //创建运行时类的对象
  Person p = (Person) clazz.newInstance();


  //获取指定的属性：要求运行时类中属性声明为public
  //通常不采用此方法
  Field id = clazz.getField("id");

  /*
        设置当前属性的值

        set():参数1：指明设置哪个对象的属性   参数2：将此属性值设置为多少
         */

  id.set(p,1001);

  /*
        获取当前属性的值
        get():参数1：获取哪个对象的当前属性值
         */
  int pId = (int) id.get(p);
  System.out.println(pId);


}
/*
    如何操作运行时类中的指定的属性 -- 需要掌握
     */
@Test
public void testField1() throws Exception {
  Class clazz = Person.class;

  //创建运行时类的对象
  Person p = (Person) clazz.newInstance();

  //1. getDeclaredField(String fieldName):获取运行时类中指定变量名的属性
  Field name = clazz.getDeclaredField("name");

  //2.保证当前属性是可访问的
  name.setAccessible(true);
  //3.获取、设置指定对象的此属性值
  name.set(p,"Tom");

  System.out.println(name.get(p));
}

⭐️调用指定的方法

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/*
    如何操作运行时类中的指定的方法 -- 需要掌握
     */
@Test
public void testMethod() throws Exception {

  Class clazz = Person.class;

  //创建运行时类的对象
  Person p = (Person) clazz.newInstance();

  /*
        1.获取指定的某个方法
        getDeclaredMethod():参数1 ：指明获取的方法的名称  参数2：指明获取的方法的形参列表
         */
  Method show = clazz.getDeclaredMethod("show", String.class);
  //2.保证当前方法是可访问的
  show.setAccessible(true);

  /*
        3. 调用方法的invoke():参数1：方法的调用者  参数2：给方法形参赋值的实参
        invoke()的返回值即为对应类中调用的方法的返回值。
         */
  Object returnValue = show.invoke(p,"CHN"); //String nation = p.show("CHN");
  System.out.println(returnValue);

  System.out.println("*************如何调用静态方法*****************");

  // private static void showDesc()

  Method showDesc = clazz.getDeclaredMethod("showDesc");
  showDesc.setAccessible(true);
  //如果调用的运行时类中的方法没有返回值，则此invoke()返回null
  //        Object returnVal = showDesc.invoke(null);
  Object returnVal = showDesc.invoke(Person.class);
  System.out.println(returnVal);//null

}

调用指定的构造器

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/*
    如何调用运行时类中的指定的构造器
     */
@Test
public void testConstructor() throws Exception {
  Class clazz = Person.class;

  //private Person(String name)
  /*
        1.获取指定的构造器
        getDeclaredConstructor():参数：指明构造器的参数列表
         */

  Constructor constructor = clazz.getDeclaredConstructor(String.class);

  //2.保证此构造器是可访问的
  constructor.setAccessible(true);

  //3.调用此构造器创建运行时类的对象
  Person per = (Person) constructor.newInstance("Tom");
  System.out.println(per);

}

反射应用四：动态代理

代理模式的原理

使用一个代理将对象包装起来，然后用该代理对象取代原始对象。任何对原始对象的调用都要通过代理。代理对象决定是否以及何时将方法调用转到原始对象上。

静态代理

举例：实现Runnable接口的方法创建多线程。

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// 被代理类
Class MyThread implements Runnable{}
// 代理类
Class Thread implements Runnable{}

public static void main(String[] args){
  MyThread t = new MyThread();
  Thread thread = new Thread(t);
  thread.start();// 启动线程，调用线程的run()
}

静态代理的缺点：

  1. 代理类和被代理类对象在编译期间就确定下来了，不利于程序的扩展。
  2. 每一个代理类只能为一个接口服务，这样以来程序开发中必然产生过多的代理。

动态代理

动态代理是指客户通过代理类来调用其它对象的方法，并且是在程序运行时 根据需要动态创建目标类的代理对象。

动态代理的实现需要解决的两个问题：

  1. 如何根据加载到内存中的被代理类，动态的创建一个代理类及其对象。

    通过Proxy.newProxyInstance()来实现。

  2. 当通过代理类的对象调用方法a时，如何动态的去调用被代理类中的同名方法a。

    通过InvocationHandler接口的实现类及其方法invoke()。

代码实现：

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package com.atguigu.java;

import java.lang.reflect.InvocationHandler;
import java.lang.reflect.Method;
import java.lang.reflect.Proxy;

/**
 *
 * 动态代理的举例
 *
 * @author shkstart
 * @create 2019 上午 10:18
 */

interface Human{

  String getBelief();

  void eat(String food);

}
//被代理类
class SuperMan implements Human{


  @Override
  public String getBelief() {
    return "I believe I can fly!";
  }

  @Override
  public void eat(String food) {
    System.out.println("我喜欢吃" + food);
  }
}

class HumanUtil{

  public void method1(){
    System.out.println("====================通用方法一====================");

  }

  public void method2(){
    System.out.println("====================通用方法二====================");
  }

}


class ProxyFactory{
  //调用此方法，返回一个代理类的对象。解决问题一
  public static Object getProxyInstance(Object obj){//obj:被代理类的对象
    MyInvocationHandler handler = new MyInvocationHandler();

    handler.bind(obj);

    return Proxy.newProxyInstance(obj.getClass().getClassLoader(),obj.getClass().getInterfaces(),handler);
  }

}

class MyInvocationHandler implements InvocationHandler{

  private Object obj;//需要使用被代理类的对象进行赋值

  public void bind(Object obj){
    this.obj = obj;
  }

  //当我们通过代理类的对象，调用方法a时，就会自动的调用如下的方法：invoke()
  //将被代理类要执行的方法a的功能就声明在invoke()中
  @Override
  public Object invoke(Object proxy, Method method, Object[] args) throws Throwable {

    HumanUtil util = new HumanUtil();
    util.method1();

    //method:即为代理类对象调用的方法，此方法也就作为了被代理类对象要调用的方法
    //obj:被代理类的对象
    Object returnValue = method.invoke(obj,args);

    util.method2();

    //上述方法的返回值就作为当前类中的invoke()的返回值。
    return returnValue;

  }
}

public class ProxyTest {

  public static void main(String[] args) {
    SuperMan superMan = new SuperMan();
    //proxyInstance:代理类的对象
    Human proxyInstance = (Human) ProxyFactory.getProxyInstance(superMan);
    //当通过代理类对象调用方法时，会自动的调用被代理类中同名的方法
    String belief = proxyInstance.getBelief();
    System.out.println(belief);
    proxyInstance.eat("四川麻辣烫");

    System.out.println("*****************************");

    NikeClothFactory nikeClothFactory = new NikeClothFactory();

    ClothFactory proxyClothFactory = (ClothFactory) ProxyFactory.getProxyInstance(nikeClothFactory);

    proxyClothFactory.produceCloth();

  }
}